具有USB声卡的通信终端及在通信终端中实现USB声卡的方法

具体实施方式

本发明的核心思想是在复用通信终端中的中央处理器和模拟基带处理器的部分功能，以此实现USB声卡的功能。

请参考图1所示，是本发明具有USB声卡的通信终端的结构示意图。本发明的通信终端尤其是指能够进行通信的个人消费通信设备，比如，支持GSM/GPRS通信的手机、个人数字助理(PDA)等。至于本发明的通信终端具体如何实现通信功能、具有何种通信结构，在此不做详细描述；以下重点描述本发明的通信终端是如何实现USB声卡的功能。

本发明的通信终端为完成基本的通信功能，至少包括：相互连接的中央处理器110和内置用于对音频数据进行编解码处理的音频编解码器121的模拟基带处理器120。所述中央处理器110可以是采用德州仪器公司生产的、型号为OMAP730的处理器；或者，采用三星公司生产的、型号为S3C2410的处理器；甚至是其他型号的处理器。

以OMAP730处理器为例，其内置了USB终端控制器(USB Slaver)111、以及与所述USB终端控制器111连接，支持进行双向I²S总线数据格式转换的I²S总线控制器112。所述I²S总线控制器112实现了一个外部8/16位立体声音频编解码芯片的接口，支持I²S总线数据格式和MSB-justified数据格式，并且支持DMA(高清流媒体播放)传输模式。

而所述模拟基带处理器120比如为型号为TWL3016 ABB的模拟基带芯片、或是型号为UDA1341TS的芯片。以型号为TWL3016 ABB的模拟基带芯片为例，其是通信终端中的GSM/GPRS通信芯片组中的一个芯片，其提供标准的I²S接口，可以直接和所述中央处理器110的I²S引脚连接。另外，所述音频编解码器121还提供标准的麦克风和扬声器接口，其引脚分别连到所述I²S总线控制器112的3个GPIO输出引脚上；所述音频编解码器121还集成数字化音频和混频器功能，数字化音频功能可以播放数字化声音或录制声音，混频器用来控制各种输入/输出的音量大小等。

本发明的通信终端还包括音频输出设备130，其输入端连接所述音频编解码器121的输出端；所述音频输出设备130包括音频输出接口、扬声器和耳机的至少其中之一

本发明的通信终端还包括音频输入设备140，其输出端连接所述音频编解码器121的输入端；所述音频输入设备140包括音频输入接口、麦克风和话筒的至少其中之一。

由此，本发明通过复用所述USB终端控制器111、所述I²S总线控制器112以及所述音频编解码器121构成USB声卡。与本发明连接的外部设备(比如，电脑)上的音频数据，通过所述USB终端控制器111控制接收，由所述I²S总线控制器112把并行音频数据转为串行音频数据，并经过所述音频编解码器121进行D/A转换后，输出至所述音频输出设备130；或者，外界的声音，通过所述音频输入设备140，模拟音频数据输入至所述音频编解码器121的输入端，然后经过所述音频编解码器121进行A/D转换，并由所述I²S总线控制器112将串行音频数据转为并行音频数据后，从所述USB终端控制器111输出。

由于USB音频类设备是一种标准设备，在Windows操作系统上有标准的USB音频驱动，所以只需要开发者根据USB音频类的协议开发USB声卡固件程序设计和主机端Windows驱动设计，即可以实现手机与外部设备(比如，电脑)进行音频数据的相互传输。

同时，所述I²S总线控制器112为实现I²S总线传输，所述I²S总线控制器112提供三种数据传输模式：正常传输模式、DMA传输模式、传输/接收模式。本系统采用的是传输/接收模式，它具有双通道DMA功能，一方面窃取总线控制权，提高系统的吞吐能力，另一方面，可以实现同时接收和发送音频数据，即全双工模式。

在所述中央处理器110中，有4个DMA通道控制器用于控制各种外部设备，其中I2S与其他串行外设共用两个桥接DMA类型的DMA通道。通过设置I²S CON寄存器可以使所述I²S总线控制器112工作在DMA模式下。此模式下FIFO寄存器组的控制权掌握在DMA控制器上。当FIFO满时，由DMA控制器对FIFO中的数据进行处理。DMA模式的选择由I²S CON寄存器的第四和第五位控制。

为了使USB声卡的回放和录音可以同时进行，即实现全双工，数据传输使用两个DMA通道，通道0用于回放，通道1用于录音。音频数据回放时，先由USB总线取得音频数据，写入DMA缓冲区，由DMA控制器通道0窃取总线控制权，写入I²S总线并传输给所述音频编解码器121。录音采用DMA控制器的通道1，其数据流过程和回放相反。

由于处理的音频数据量比较大，并且考虑外界设备(比如电脑)接收/发送数据的速度和I²S总线处理数据的速度不能完全匹配，这就导致了放音失真或者录音丢帧的现象。为了解决这个问题，最简单易行的方法是使用比较大的环形缓存。但实际上大的缓存区需要更长的填充时间，在使用时会出现延时。为了解决延时的问题，使用环形、多段缓存机制。在这种机制下，将缓存区分割成若干个相同大小的块，并使用算法实现环形缓冲。

下面以8kHz/16位/单通道音频流的播放为例说明缓冲区的操作。USB音频类规定的USB同步传输周期为1ms，即对于8kHz/16位/单通道PCM编码的音频流，每隔1ms，USB设备就会收到一次主机传来的数据，数据包大小为16字节，为了尽量保持I²S总线和USB总线的传输同步，可以取16字节作为一个缓存区段的大小。当USB声卡接收到数据后，所述中央处理器110先判断缓冲区中是否有空闲区域，如果没有足够缓冲区就跳过一个样本，然后再逐一把FIFO中的数据复制到缓冲区。

由于所述I²S总线控制器112的DMA控制器处理数据是按段进行，每段长度为16字节，在DMA控制器取数据前，先判断缓冲区中的数据量，如果没有足够数据(16字节)，则加入静音数据，然后再执行DMA传输。

综上，本发明通过复用通信终端中的中央处理器和模拟基带处理器的部分功能，实现了基于I²S总线的USB声卡，使通信终端更具多媒体应用的价值。